JP4796319B2 - 磁気結合ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、隔壁により仕切られたポンプ室およびモータ室の各々に配置されたマグネットの磁気結合によりインペラを駆動する磁気結合ポンプ装置に関するものである。

一般に、磁気結合ポンプ装置は、隔壁により仕切られたポンプ室とモータ室とを有し、モータ室には、ステータと、モータ回転軸と、ステータと対向するロータマグネットを保持してモータ回転軸に取り付けられたロータと、このロータに保持された環状の駆動マグネットとが配置されている。ここで、駆動マグネットは、ロータの上面部に固定されている。ポンプ室には、回転可能なインペラと、駆動マグネットに対向するようにインペラに保持された従動マグネットとが配置され、モータ回転軸の回転が駆動マグネットおよび従動マグネットを介してインペラに伝達されているようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１６４１０８号公報

このように構成した磁気結合ポンプ装置において、駆動マグネットの位置がずれると、インペラに十分な回転トルクを伝達できず、かつ、異音の発生の原因となる駆動マグネットについては、軸線方向および径方向の双方において精度よく固定する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示の磁気結合モータでは、駆動マグネットがロータの上面部に固定されているだけであり、位置決めのための格別の機構が搭載されていないため、駆動マグネットの位置精度が低いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、駆動マグネットを高い精度で軸線方向および径方向で位置決め可能な磁気結合ポンプ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明では、隔壁により仕切られたポンプ室とモータ室とを有し、前記モータ室には、ステータと、モータ回転軸と、前記ステータと対向するロータマグネットを保持して前記モータ回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに保持された環状の駆動マグネットとが配置され、前記ポンプ室には、回転可能なインペラと、前記駆動マグネットに対向するように前記インペラに保持された従動マグネットとが配置された磁気結合ポンプ装置において、前記駆動マグネットは、前記ロータの前記ポンプ室側の端面上に搭載されて軸線方向に位置決めされ、かつ、当該駆動マグネットの内周面および外周面のうちの少なくとも一方を基準に半径方向に位置決めされており、前記モータ室の前記ポンプ室側とは反対側は開口部になっているとともに、当該開口部には、端板が着脱自在に取り付けられ、前記端板には、前記モータ回転軸および前記ステータが搭載されており、前記端板には、前記回転軸が内側に挿入された円筒状のホルダが固定され、前記ステータは、前記ホルダの外周面に固定されて当該ホルダを介して前記端板に搭載され、前記ホルダの内側には、前記モータ回転軸の前記ポンプ室側とは反対側に位置する第１の軸端部を回転可能に支持する第１のベアリング軸受の外輪と、前記モータ回転軸の前記ポンプ室側に位置する第２の軸端部を回転可能に支持する第２のベアリング軸受の外輪と、当該第２のベアリング軸受の外輪を前記ポンプ室側に向けて付勢するバネとが取り付けられ、前記第１のベアリング軸受の内輪は、前記第１の軸端部で止め輪によって軸線方向で位置決めされ、前記第２のベアリング軸受の内輪は、前記第２の軸端部で前記ボスによって軸線方向で位置決めされていることを特徴とする。

本発明において、駆動マグネットは、内周面および外周面のうちの少なくとも一方を基準に半径方向に位置決めされているため、回転軸との同心度が高い。さらに、駆動マグネットは、ロータの端面上に搭載されているので、軸線方向でも高い精度で位置決めされている。このため、駆動マグネットと従動マグネットとの間のカップリング効率が高い。また、モータ室においてポンプ室側とは反対側に肉厚の壁面を設ける必要がないので、磁気結合ポンプ装置の薄型化を図ることができる。しかも、端板は着脱自在に取り付けられ、かつ、端板には、モータ回転軸およびステータがホルダを介して搭載されているため、モータ回転軸やステータを端板に全て搭載した後、端板をハウジングに取り付けるだけで磁気結合ポンプ装置のモータ部が完成するので、組み立ての作業効率が高い。しかも、端板を外せば、モータ回転軸、ロータ、ステータが全て取り外すことができるので、メンテナンスが容易である。さらに、駆動マグネットと従動マグネットとの間に作用する磁気吸引力によってロータにポンプ室側に向かう吸引力が作用しても、回転軸の軸線方向の移動は止め輪によって規制される。従って、ステータとロータマグネットが半径方向で対向している場合にロータマグネットの軸線方向における磁気的中心位置と、ステータの軸線方向における磁気的中心位置とが一致する状態を保持できるので、モータノイズの発生を防止することができる。

本発明において、前記モータ回転軸には、前記ロータを当該モータ回転軸に固定するためのボスが取り付けられ、当該ボスの外周面と前記ロータの前記ポンプ室側の端面とは、前記モータ回転軸の中心と同心状の駆動マグネット位置決め用環状段差を構成しており、前記駆動マグネットは、内周面が前記駆動マグネット位置決め用環状段差に当接して半径方向に位置決めされていることが好ましい。このように構成すると、駆動マグネット位置決め用環状段部は、ロータの端面とボスの外周面とによって構成されているので、駆動マグネット位置決め用環状段部を構成するために新たな部材の追加や大幅な設計変更が必要ない。また、駆動マグネット位置決め用環状段部は、駆動マグネットの内周面に当接するボスの外周面を利用して構成されているため、回転軸との同心度が高い。さらに、駆動マグネット位置決め用環状段部は、ロータの端面も利用しているので、駆動マグネットは、軸線方向でも高い精度で位置決めされている。

本発明において、前記ロータの前記ポンプ室側の端面には、前記駆動マグネットの外周面に当接して当該駆動マグネットを半径方向に位置決めする位置決め突起が形成されている構成を採用してもよい。このように構成すると、焼結マグネットを駆動マグネットとして用いた場合でも、駆動マグネットを半径方向に高い精度で位置決めすることができる。すなわち、焼結マグネットは寸法精度が低いので、寸法精度を高めるには研磨を行うのが一般的であるが、このような研磨は、内周面に対しては難しいが、外周面であれば容易であるため、焼結マグネットを駆動マグネットとして用いた場合には、研磨により寸法精度を高めた外周面で位置決めすれば、高い精度で位置決めすることができる。

本発明において、前記ロータは、磁性体から構成されており、前記駆動マグネットのヨークとしての機能を担っていることが好ましい。このように構成すると、ヨークを別途、搭載する必要がないので、部品点数の削減を図ることができる。

本発明において、前記モータ室を区画形成する第１のケースと、前記ポンプ室を区画形成する第２のケースとは、間にＯリングを挟んで直接、連結されていることが好ましい。このように構成すると、磁気結合ポンプ装置の薄型化を図ることができる。

本発明において、前記ロータマグネットは、前記ステータの外周側に配置されていることが好ましい。アウターロータ型であれば、インナーロータ型と比較してイナーシャが大きいので、急な立ち上げの際、インペラが同期回転しないという現象（脱調現象）が発生しない。それ故、駆動マグネットと従動マグネットとのカップリングトルクを大きくしなくてもよいので、コストダウンを図ることができる。

本発明の磁気結合ポンプ装置において、駆動マグネット位置決め用環状段部は、ロータの端面とボスの外周面とによって構成されているので、駆動マグネット位置決め用環状段部を構成するために新たな部材の追加や大幅な設計変更が必要がない。また、駆動マグネット位置決め用環状段部は、駆動マグネットの内周面に当接するボスの外周面を利用して構成されているため、回転軸との同心度が高い。さらに、駆動マグネット位置決め用環状段部は、ロータの端面も利用しているので、駆動マグネットは、軸線方向でも高い精度で位置決めされている。それ故、駆動マグネットと従動マグネットとの間で大きな磁気トルクを得ることができるという利点がある。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気結合ポンプ装置の一例を説明する。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る磁気結合ポンプ装置の平面図、および断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す磁気結合ポンプ装置１は、隔壁１３により仕切られたポンプ室１１とモータ室１２とを有し、モータ室１２には、ステータ７５と、モータ回転軸７０と、ステータ７５と対向するロータマグネット８５を保持するロータ８と、ロータ８に保持された環状の駆動マグネット８０とが配置され、ロータ８は、ボス９を介してモータ回転軸７０に取り付けられている。

ここで、ロータマグネット８５は、ステータ７５の外周側に配置され、ロータマグネット８５およびステータ７５は、アウターロータ型のモータを構成している。

ポンプ室１１には、支軸２５と、支軸２５に回転可能に支持されたインペラ２と、駆動マグネット８０に対向するようにインペラ２に保持された従動マグネット２０とが配置されている。従って、モータ回転軸７０の回転は、駆動マグネット８０および従動マグネット２０を介してインペラ２に伝達されている結果、インペラ２が支軸２５周りに回転し、ポンプ室１１の流入管部３１１から流入する流体をインペラ２によって流出管部３１３から送り出すことができる。その際、流体は、モータを構成する部材に一切接触しないので、磁気結合ポンプ装置１は、例えば、給湯器用の循環ポンプなどとして用いた場合、液温が９５℃の熱水を循環させたときでも信頼性が高く、かつ、４ｍ程度の揚程を確保できる。

このような磁気結合ポンプ装置１を構成するにあたって、本形態では、モータ室１２を区画形成する第１のケース３１と、ポンプ室１１を区画形成する第２のケース３２とによってハウジング３が構成され、本形態では、第１のケース３１と第２のケース３２は、間にＯリング３７を挟んだ状態で直接、ボルト３８により連結されている。第２のケース３２には、上記の流入管部３１１が上方に開口し、流出管部３１３が側方に開口している。また、第１のケース３１には、上記の隔壁１３が形成されている。第１のケース３１および第２のケース３２は、樹脂成形品あるいはアルミニウムダイカストなどにより構成されている。第１のケース３１は、ポンプ室１１の側とは反対側が開口部３３になっており、本形態では、この開口部３３を覆うように端板３５がボルト３６によって着脱自在に固定されている。

ポンプ室１１内において、隔壁１３には支軸２５の基端部が保持されている一方、流入管部３１１側に形成された支軸保持部３１５には支軸２５の先端部が保持されている。支軸２５は、インペラ２の円筒部に嵌っており、インペラ２は、支軸２５周りに回転可能である。インペラ２の軸線方向の両側では、セラミックプレート２８、２９が支軸２５に固定されている。また、保持部には、流入管部３１１からポンプ室１１内への液体の流入を可能とする通路が確保されている。

インペラ２は、環状の従動マグネット２０と一体に成形された樹脂成形品であり、その上面には羽根部２２を備えている。インペラ２において、駆動マグネット８０に対してモータ室１２の側とは反対側にはバックヨーク２１が内蔵されている。また、インペラ２の上部には、羽根部２２と第２のケース３２の内壁との隙間を埋める円筒部２３が形成されている。

モータ室１２内において、端板３５には、その中央に円形の穴３５０が形成されており、この穴３５０を利用して、端板３５には円筒状のホルダ６が直立した状態で固定されている。ホルダ６の外周面には、コア位置決め用環状段部６９が形成されており、このコア位置決め用段部６９を利用してステータコア７６が軸線方向および半径方向に位置決めされている。ステータコア７６には、コイル７７が巻回されている。このようにして、ステータ７５は、ホルダ６を介して端板３５上に搭載されている。

（ロータ８および駆動マグネット８０の位置決め構成）
このように構成した磁気結合ポンプ装置１において、ボス９は、環状の樹脂成形品あるいは金属製であり、ボス９の中央穴にモータ回転軸７０に嵌め込まれている。ボス９は、ポンプ室１１の側に位置する大径部９８と、ポンプ室１１の側とは反対側に位置する小径部９９とが形成されており、大径部９８と小径部９９とによってモータ回転軸７０に対して同心状のロータ位置決め用環状段部９１が形成されている。本形態において、ロータ８の中央穴は小径部９９に嵌っており、ロータ８は、ロータ位置決め用環状段部９１によって軸線方向および半径方向に位置決めされている。

この状態で、ロータ８の上面部とボス９の大径部９８の外周面とによってモータ回転軸７０に対して同心状の駆動マグネット位置決め用環状段部９２が構成されている。本形態において、駆動マグネット８０は、中央穴が大径部９８に嵌ってロータ８の上面部に搭載され、軸線方向に位置決めされている。また、駆動マグネット８０は、中央穴が大径部９８に嵌って内周面が駆動マグネット位置決め用環状段部９２に当接し、半径方向に位置決めされている。

ここで、ロータ８は、磁性板をカップ状に成形したものであり、駆動マグネット８０のヨークとしての機能を担っている。また、ロータ８の円筒部８８の内周面には、円筒状のロータマグネット８５が固定されており、ロータ８は、ロータマグネット８５のヨークとしての機能も担っている。

（モータ回転軸７０の軸受構造）
本形態においては、ホルダ６の内側には、環状突部６５が形成されており、この環状突部６５に対してポンプ室１１の側とは反対側には、モータ回転軸７０のポンプ室１１側とは反対側に位置する第１の軸端部７１を回転可能に支持する第１のベアリング軸受４０の外輪４１が装着されている。また、ホルダ６の内側において、環状突部６５に対してポンプ室１１の側にはコイルバネ５が装着され、かつ、コイルバネ５に対してポンプ室１１の側には、モータ回転軸７０のポンプ室１１側に位置する第２の軸端部７２を回転可能に支持する第２のベアリング軸受４５の外輪４６が装着されている。さらに、第１のベアリング軸受４０においてモータ回転軸７０に装着された内輪４２は、第１の軸端部７１で止め輪７９によって軸線方向で位置決めされ、第２のベアリング軸受４５においてモータ回転軸７０に装着された内輪４７は、ボス９の環状突起９５によって軸線方向で位置決めされている。従って、コイルバネ５および第２のベアリング軸受４５をホルダ６に装着した後、ボス９を取り付けたモータ回転軸７０を第１の軸端部７１の側から第２のベアリング軸受４５の内側に挿入した後、第１の軸端部７１に第１のベアリング軸受４０を装着し、しかる後に、モータ回転軸７０に止め輪７９を装着すると、モータ回転軸７０は、ホルダ６を介して端板３５に搭載された状態となる。また、第１のベアリング軸受４０および第２のベアリング軸受４５において、外輪４１、４６と内輪４２、４７との間に軸線方向の与圧が付与されることになる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態において、ロータ８は、ボス９のロータ位置決め用環状段部９１によって軸線方向および半径方向に位置決めされ、かつ、ロータ８の上面部とボス９の大径部９８の外周面とによってモータ回転軸７０に対して同心状に構成された駆動マグネット位置決め用環状段部９２によって、駆動マグネット８０は、軸線方向および半径方向に位置決めされている。このため、駆動マグネット８０をモータ回転軸７０に対して正確に同軸状に固定でき、かつ、駆動マグネット８０と従動マグネット２０との相対位置に高い精度を得ることができる。それ故、本形態によれば、駆動マグネット８０と従動マグネット２０との磁気的な結合力が強いので、インペラ２に大きなトルクを付与することができる。しかも、駆動マグネット位置決め用環状段部９２は、ロータ８の上端面とボス９の外周面とによって構成されているので、駆動マグネット位置決め用環状段部９２を構成するために新たな部材の追加や大幅な設計変更が必要なく、かつ、駆動マグネット位置決め用環状段部９２とモータ回転軸７０との同軸度が高いという利点がある。

また、本形態では、ロータ８が駆動マグネット８０およびロータマグネット８５のヨークとしての機能を担っているため、ヨークを別途、搭載する必要がない。それ故、部品点数の削減を図ることができる。

さらに、モータ室１２を区画形成する第１のケース３１と、ポンプ室１１を区画形成する第２のケース３２とは、間にＯリング３７を挟んで直接、連結されているため、磁気結合ポンプ装置１の薄型化を図ることができる。

さらにまた、第１のケース３１において、ポンプ室１１側とは反対側は開口部３３になっているとともに、この開口部３３には、端板３５が取り付けられているため、第１のケース３１においてポンプ室１１側とは反対側に肉厚の壁面を設ける必要がない。それ故、磁気結合ポンプ装置１の薄型化を図ることができる。

しかも、端板３５は着脱自在に取り付けられ、かつ、端板３５には、モータ回転軸７０およびステータ７５がホルダ６を介して搭載されている。このため、モータ回転軸７０やステータ７５を端板３５に全て搭載した後、端板３５をハウジング３に取り付けるだけで磁気結合ポンプ装置１のモータ部が完成するので、組み立ての作業効率が高い。しかも、端板３５を外せば、モータ回転軸７０、ロータ８、ステータ７５が全て取り外すことができるので、部品交換やモータ特性測定等のメンテナンスが容易である。

さらにまた、本形態ではアウターロータ型であるため、インナーロータ型と比較してイナーシャが大きい。従って、急な立ち上げの際、インペラ２が同期回転しないという現象（脱調現象）が発生しないので、駆動マグネット８０と従動マグネット２０とのカップリングトルクを大きくしなくてもよい。それ故、コストダウンを図ることができる。

また、駆動マグネット８０と従動マグネット２０との間に作用する磁気吸引力によってロータ８にポンプ室１１側に向かう吸引力が作用しても、回転軸７０の軸線方向の移動は止め輪７９によって規制される。従って、ステータ７５とロータマグネット８５が半径方向で対向している場合にロータマグネット８５の軸線方向における磁気的中心位置と、ステータ７５の軸線方向における磁気的中心位置とが一致する状態を保持できるので、モータノイズの発生を防止することができる。

［実施の形態２］
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係る磁気結合ポンプ装置の平面図、および断面図である。なお、本形態の磁気結合ポンプ装置は、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。

図２（ａ）、（ｂ）に示す磁気結合ポンプ装置１も、実施の形態１と同様、隔壁１３により仕切られたポンプ室１１とモータ室１２とを有し、モータ室１２には、ステータ７５と、モータ回転軸７０と、ステータ７５と対向するロータマグネット８５を保持するロータ８と、ロータ８に保持された環状の駆動マグネット８０とが配置され、ロータ８は、ボス９を介してモータ回転軸７０に取り付けられている。ロータマグネット８５は、ステータ７５の外周側に配置され、ロータマグネット８５およびステータ７５は、アウターロータ型のモータを構成している。また、ポンプ室１１には、支軸２５と、支軸２５に回転可能に支持されたインペラ２と、駆動マグネット８０に対向するようにインペラ２に保持された従動マグネット２０とが配置されている。

本形態でも、ロータ８の上面部に環状の駆動マグネット８０が搭載されて、駆動マグネット８０は、軸線方向に位置決めされている。

ここで、ロータ８の上面部には、その外周側に環状の位置決め突起８９が形成されており、この位置決め突起８９が駆動マグネット８０の外周面に当接し、半径方向に位置決めされている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

本形態では、ロータ８の上面には、駆動マグネット８０の外周面に当接して記駆動マグネット８０を半径方向に位置決めする位置決め突起８９が形成されているため、焼結マグネットを駆動マグネット８０として用いた場合でも、駆動マグネット８０を半径方向に高い精度で位置決めすることができる。すなわち、焼結マグネットは寸法精度が低いので、寸法精度を高めるには研磨を行うのが一般的であるが、このような研磨は、内周面に対しては難しいが、外周面であれば容易であるため、焼結マグネットを駆動マグネット８０として用いた場合には、研磨により寸法精度を高めた外周面で位置決めすれば、高い精度で位置決めすることができる。なお、ボンド磁石については、寸法精度が高いので、実施の形態１、２のいずれの形態に用いてもよい。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る磁気結合ポンプ装置の平面図、および断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係る磁気結合ポンプ装置の平面図、および断面図である。

符号の説明

１ 磁気結合ポンプ装置
２ インペラ
３ ハウジング
５ コイルバネ
６ ホルダ
８ ロータ
９ ボス
１１ ポンプ室
１２ モータ室
１３ 隔壁
２０ 従動マグネット
２５ 支軸
３１ 第１のケース
３２ 第２のケース
３５ 端板
３７ Ｏリング
４０ 第１のベアリング軸受
４５ 第２のベアリング軸受
７０ モータ回転軸
７１ 第１の軸端部
７２ 第２の軸端部
７５ ステータ
８０ 駆動マグネット
８５ ロータマグネット
８９ 位置決め突起
９１ ロータ位置決め用環状段部
９２ 駆動マグネット位置決め用環状段部

Claims (6)

1. 隔壁により仕切られたポンプ室とモータ室とを有し、前記モータ室には、ステータと、モータ回転軸と、前記ステータと対向するロータマグネットを保持して前記モータ回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに保持された環状の駆動マグネットとが配置され、前記ポンプ室には、回転可能なインペラと、前記駆動マグネットに対向するように前記インペラに保持された従動マグネットとが配置された磁気結合ポンプ装置において、
   前記駆動マグネットは、前記ロータの前記ポンプ室側の端面上に搭載されて軸線方向に位置決めされ、かつ、当該駆動マグネットの内周面および外周面のうちの少なくとも一方を基準に半径方向に位置決めされており、
   前記モータ室の前記ポンプ室側とは反対側は開口部になっているとともに、当該開口部には、端板が着脱自在に取り付けられ、
   前記端板には、前記モータ回転軸および前記ステータが搭載されており、
   前記端板には、前記回転軸が内側に挿入された円筒状のホルダが固定され、前記ステータは、前記ホルダの外周面に固定されて当該ホルダを介して前記端板に搭載され、
   前記ホルダの内側には、前記モータ回転軸の前記ポンプ室側とは反対側に位置する第１の軸端部を回転可能に支持する第１のベアリング軸受の外輪と、前記モータ回転軸の前記ポンプ室側に位置する第２の軸端部を回転可能に支持する第２のベアリング軸受の外輪と、当該第２のベアリング軸受の外輪を前記ポンプ室側に向けて付勢するバネとが取り付けられ、
   前記第１のベアリング軸受の内輪は、前記第１の軸端部で止め輪によって軸線方向で位置決めされ、前記第２のベアリング軸受の内輪は、前記第２の軸端部で前記ボスによって軸線方向で位置決めされていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。
2. 請求項１において、前記モータ回転軸には、前記ロータを当該モータ回転軸に固定するためのボスが取り付けられ、
   当該ボスの外周面と前記ロータの前記ポンプ室側の端面とは、前記モータ回転軸の中心と同心状の駆動マグネット位置決め用環状段差を構成しており、
   前記駆動マグネットは、内周面が前記駆動マグネット位置決め用環状段差に当接して半径方向に位置決めされていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。
3. 請求項１において、前記ロータの前記ポンプ室側の端面には、前記駆動マグネットの外周面に当接して当該駆動マグネットを半径方向に位置決めする位置決め突起が形成されていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記ロータは、磁性体から構成されて前記駆動マグネットのヨークとしての機能を担っていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記モータ室を区画形成する第１のケースと、前記ポンプ室を区画形成する第２のケースとは、間にＯリングを挟んで直接、連結されていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記ロータマグネットは、前記ステータの外周側に配置されていることを特徴とする磁気結合ポンプ装置。

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